抗酸侵蚀灌浆材料及其在工程中的应用.pdf

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1、水利水电快报E WR H I 第 1 8 卷 第 2 4 期 1 幸 争l 抗酸侵蚀灌浆材料及其在工程中的应用，陈昊王碧光一陈荚蓉陈旭荣 _一 一 摘要针对湖北大峪口工程磷石膏拦渣胡灌摹防 幕运行后，环境水呈强酸性(p H 一1 5)和坝址地质特征，论述 了 根据该工程对灌浆材料应具有性能的要求而研究的抗酸侵蚀灌浆 材料及其应用 通过室内模拟酸性环境辈材试骚及现增试骚，研制了主体材料由粘土增强料及外 加剂组成的混台浆材和A C M c A灌浆材料。试验成果表明这两种材料均具有良 好的抗酸性水侵 蚀和灌浆性能，可以满足设计幕休防渗标准的要求。成果通过专家评审畚评审并已 在该工程中应 用，可供类似

2、工程参考 主 题 词竖 盏 监 )星 茎 业 罂 兰 墨9一 自 由 词 垫墼 焦 L 疃 至 孟 拦 j L 0 导 言 1 对浆材性能的要求和选择 湖北大峪口矿肥结合工程中的磷石膏排 渣方案确定为管道输送、湿法排渣。渣场使 用约 2 O a，平均年排放磷石膏料浆(干基)约 1 0 0 万m ，含固量 2 0 。废渣p H值为1 5 z 0，具有较强的酸腐蚀性和氟腐蚀性 为满 足环境保护的要求，设计单位针对渣场的地 形 地质及环境条件，设计了完整的废液防 渗系统及回收系统，其中初期坝基防渗帷幕 是防渗系统的重要组成部分，安全可靠性直 接关系到整个工程能否安全正常投入运行。而特殊的酸腐蚀性渗水

3、又使得常用的灌浆材 料如水泥、水玻璃不能应用，必须找到既能 形成防渗帷幕满足工程特殊要求，又能耐 酸、长期稳定性好的新型灌浆材料。为此，针对建造该工程磷石膏拦渣坝灌浆防渗帷幕 的需要，开展了磷石膏拦渣坝帷幕灌浆抗酸 性侵蚀灌浆材料的试验研究。据查，尚未发 现国内外有类似该工程的灌浆材料和实例。根据该工程特点所进行的灌浆材料研究，试 验研究成果，通过专家评审后 已用于该工 程。大峪口工程磷石膏拦渣坝防渗帷幕材 料，必须考虑并满足以下几项条件 1 1 拦渣坝运行后 幕体 材料不受环境水 的 影响 根据南京化工(集团)公司设计院编写的 荆襄磷化工业公司大峪口工程化工厂初步 设计 提供的资料，磷石膏的

4、化学组成如下：化学组成：P 2 O C a O S O F S i O 干 基 W；0 6 7 3 0 2 7 4 2 7 4 0 37 8 5 39 2 0 时水中的溶解度为3 9 8 4 g L 排放的磷石膏浆料含固量为2 0 ，密度 1 1 2 8；粘 度2 8 mP a ；含 F 0 4 (w t ma x)，P 2 O5 1 (wtma x)p H=1 5 由上述资料可知，拦渣坝运行后，渣浆 渗出的水将是含有磷和氟的强酸性水。因此，选用的材料必须具有抗酸性侵蚀的能力 1 2 浆材对渣场坝址地质条件的适应性 磷石膏渣场位于化工厂西3 5 k m处。渣 场内岩石主要为震旦系、寒武系的白云

5、岩、泥质白云岩，属中等风化程度。东侧比西侧】3 一 究 维普资讯 http:/ 1 9 9 7 年 l 2 月 水利水电快报E WR H I 第 l 8 卷 第 2 4 期 岩石风化带要深一点，底部岩体中风化带厚 一般在 1 8 m 左右，均有不同程度的岩溶发 育，表现为溶沟、溶槽及溶孔。岩体的渗透 性受风化程度、裂隙充填情况及岩溶发育程 度的影响，呈现很强的不均一性。在溶蚀裂 隙、溶洞不发育的位置，渗透系数一般在 K 一3 2 1 0 2 1 1 0 一c m s，而在溶蚀裂 隙、溶洞发育部位，经注水试验，其渗透量 大干1 6 L s，显出高渗透性。对灌浆来说，对低渗透性细裂隙的岩层应选用可

6、灌性好的 灌浆材料，例如：化学浆液、粘土浆、细水 泥浆等，但对大峪口工程来说，这些材料必 须在抗酸侵蚀条件下才能使用，而对熔岩发 育地层，为了既有效又经济地进行封堵，必 须考虑价格便宜且具有良好触变性能的混合 浆材。1 3 浆材性能应满足设计对帷幕防渗的要求 不同的浆材具有不同的性能，必须根据 应用目的来选择。大峪口工程渣场灌浆目的 是防渗，根据设计要求，幕体形成后的 0 0 3 L(mi n m m)(约 为 K一4 51 0 c m s)。因此，选用的浆液结石抗渗性必须满 足此要求，井有一定的安全系数。此外，作 为防渗帷幕灌浆形成的幕体在水头作用下必 须能防止渗流破坏。这就要求浆材固结体具

7、 有必要的防渗破坏性能，尤其是抗剪强度。但是，根据许多工程实例及计算表 明，对一 般充满浆液结石的裂隙而言，很低的强度也 能抵御高水头的渗透破坏。因此，此因素在 选择材料时不是主要指标，但要适当考虑。1 4 装材性能必额满足灌浆施I作业的要求 磷石膏渣浆的水质按国家标准对环境水 的评价属泛酸型环境水。它对大坝水泥、普 通硅酸盐水泥、抗硫酸盐型硅酸盐水泥硬化 后结石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其 他化合物均能发生反应，生成相应的钙盐、硅酸凝胶、铝和铁的水化物，使水泥结石受 到溶析和化学溶解的双重作用，导致水泥结 石结构琉松，强度下降，渗透性增大。若用 1 4 于灌浆，将造成帷幕失效。根据化学反

8、应机 理，酸性对水泥结石的侵蚀作用强弱取决于 水中氢离子的浓度。参照环境水对混凝土水 工建筑物侵蚀的评价标准，当渗透系数为l 0 0 1 m d，有压水建筑结构的最小断面(灌 浆帷幕可取最小幕厚度)0 5 2 5 m时，p H O 5 0 2 5 0 2 5 0 2 5 酸 1 4 d 0 2 0 2 5 0 2 5 0 2 5 2 8 d 0 2 5 0 2 5 0 3 0 0 2 5 (4)结石的抗压强度 从表 5 中看 酸中配方 I 2 8 d的结石抗 压强度比水中提高 5 4 ；酸中配方 I，的 2 8 d 结石抗压强度比水中略有下降，仅降低 3 。(5)X射线能谱分析 采用x射线能谱

9、微区化学成分分 表 5 浸泡于酸、水两种介质中的结石抗压强度 MP a 1 5 维普资讯 http:/ 1 9 9 7 年 l 2 月 水利水电快报E WR H I 第1 8 卷 第2 4 期 析法来分析结石的微区化学成分，是从微观 角度分析以粘土为主料的结石在酸、水两种 介质养护下化学成分的变化，结果见表 6。从 表中可以看出，各配方 3 2 d结石微区化学 成分离散不明显，相同配方的结石在酸中与 水中微区化学成分相差甚微。裹6 能谱徽区化学成分分析成果(重量百分比)鲤!壁!纯粘土 1 3 0 1 5 6 3 7 o 5 1 3 5 3 2 1 2 5 8 0 水中 I 1 1 1 1 2

10、6 4 5 4 0 2 2 0 8 3 2 8 2 9 5 1 7 8 7 4 9 0 酸中 I 1 3 7 1 3 3 6 5 6 1 2 3 4 4 2 7 8 1 7 5 3 4 3 8 水中 1 1 3 9 1 3 2 5 5 7 8 5 3 5 1 2 4 6 2 7 3 1 4 2 0 3 6 4 酸中 1 1 2 2 1 2 5 3 5 7 7 7 3 1 6 2 0 5 2 7 4 l 5 3 1 4 l 2 水中I 1 3 0 1 3 6 8 5 5 5 1 2 5 1 3 1 2 1 7 7 O 4 9 9 墼!：!：!：!：竺 ：些 !：!：些 2 2 AC MC A化

11、学浆材 2 1 1 浆液的基本组成 A C MC A浆液由主剂、交联剂、促进 剂、引发剂和水组成。2 1 2 浆液的主要性质 外观为淡兰色溶液，比重1 O 5 1 0 8，粘度0 0 0 1 5 0 0 0 2 8 P a s，p H值 7 8，凝胶时间根据需要控制。2 1 3 凝胶主要性质 渗透系数为1 7 2 2 1 0 c m S，抗 挤出破坏比降为 1 4 0 0，基本无毒 固砂体抗 压强度为(2 l 3 0)1 0 P a 不溶于水，稍有膨胀；耐久性良好。固砂体 在模拟大峪口工程磷石膏浆材配制的 p H一 1 5 的酸性水中浸泡 6 个月，外观未发现异 常现象，重量稳定(见表 7)。

12、裹 7 试件浸泡重量，g 1 6 2 3 对浆材的评价意见 1 9 9 4 年 3 月，由太峪口工程指挥部主持 召开了“湖北省大峪口工程磷石膏拦渣坝防 渗帷幕灌浆材料试验研究成果评审会”。评审 组专家认 为：(1)长江科学院根据试验研究成果推荐 的以粘土为主料的灌浆材料和 A C MC A化 学灌浆材料，针对渣场渣坝坝基的地质情况 和环境水呈强酸性的特点，研究技术路线正 确，试验条件符合实际，试验成果资料可 靠。试验成果表明这两种材料均具有良好的 抗酸性水侵蚀和灌浆性能，结石和凝结体的 渗透 系数分别达到 A1 O 和 A1 0 c m s，可以满足设计幕体防渗标准 m 0 0 3 L (ra

13、i n m m)(相当于 K 4 5 1 0 c m s)的要求。结石和凝结体的破坏比降分别为 2 7 2 和1 4 0 0，对大峪口工程渣坝幕体抗渗透 破坏是安全的。2 以粘土为主料的灌浆材料适用于一 般岩基裂隙及溶蚀岩基灌浆；A C Mc A浆 材适用于细裂隙及地下动水灌浆 鉴于坝址 地质的极不均匀性和对帷幕防渗效果的高要 求，在施工中应根据地层可灌性加以选择。3 以粘土为主料的灌浆材料为无机材 料组成，原材料及固化体均无毒，对人体无 害，对环境不会造成污染。A C MC A浆材属 化学材料，浆液仅具有檄毒，固化后的凝胶 体实际无毒，因此也不会造成环境污染 由 于浆液组成中的促进剂和引发剂

14、分别为有机 胺和强氧化剂，应防止其施工时对环境的污 染，注意人工操作防护和对材料的保管 3 工程应用效果 大峪 口磷石膏拦渣坝初期坝设计坝高 2 7 m，总库容2 0 0 0 万 m ，坝长1 3 0 m，为堆 石透水坝。因排放的磷石膏材料含有P F等 有害物质，为防止其对下游环境及水质的污 染，设计布置有灌浆防渗帷幕 帷幕轴线长 3 8 0 m，防渗面积8 8 0 5 m ，工程量较大。渣场 维普资讯 http:/ 抗酸侵蚀灌浆材料及其在工程中的应用 大坝基础防渗帷幕灌浆设计，沿帷幕中线布置 2 排孔，排距1 0 m；孔距在坝基部位为2 m，坝肩部位为2 5 m；孔深至相对不透水层。该 工程

15、的灌浆施工已 于 1 9 9 6 年 1 0月完成，钻孔 工程量1 0 5 3 1 3 m 灌浆7 4 2 4 6 m。灌浆材料全部采用以粘土为主料的抗酸 灌浆材料，浆材配比视不同藩段情况具体调 整。浆液水灰比分5：l，3：l，2：1，1：l，0 8：1，0 6 1 共 6 级，按开茬后逐级变浓 的原则。灌浆压力：第1 段为0 3 MP a，自第 二段起，孔深每增加 l m，压力增加0 4 0 6 MP a 灌浆施工采用自上而下，分段阻 塞，孔内循环灌浆法。先钻灌下辩排，再钻 灌上游排，每排分 3 序孔施工。在全面开展i 薹浆旅工前，先分别在坝 基、坝基与西坝肩的结合部位做了 2 组灌浆 试验

16、。结果证明设计参数与灌浆工艺是合理 的 灌浆后共 9 段检查孔进行了压水试验 m 值最大为0 0 1 L (m i n m m)；最小为0 0 0 2 L (rain m m)大大低于c，O 0 3 L (m i n m m)的防渗标准。整个灌浆工程完工后，共做了 4 4 个检 查孔的压水试验，除有一段 值大于0，0 3 L (ra i n m m)外，其余全部合格 这说明灌 浆效果良好 浆材性能能满足施工要求。作者简介 陈 昊再长江水利委员鲁长江科学院工程师 王碧无并 长江水利委豇畚长江许学院工程师 陈菱蓉 再 长江水利委员鲁长江科学院工程师 胨旭荣 男 长江水利委员畚长江科学院教授衄 高衄

17、工程师(收稿 日期1 9 9 7 一 l o-1 2)澜沧江大朝山电站截流成功 我国首座由企业投资兴建的大型电站 澜沧江大朝山水电站，于 1 9 9 7 年 l 1 月 1 0日上午 1 0 时 1 5 分截流成功 自1 O月 2 8日起，4 0 0 0多名建设者开 始预进占和实战演习，到 l 1 月 1 0日上午截 流开始时，龙口尚宽 4 9 m。上午的龙口 合龙 惊险状观，奔腾咆哮的澜沦江水穿过高山峡 谷滚滚而下，最高流速和最大落差分别为 6 6 m s 和3 5 m，在龙口处冲刷出一个巨 大的深坑，浪花掀起数米高 投入的石料如 雪片似的被冲走。指挥部紧急加强抛投强度，把数千吨铅丝石笼和水

18、泥四面体迅速投下，终于制服桀骜不驯的澜沧江。大朝山电站装机容量 1 3 5 万k w，建成 初期年均发电量 5 9 亿k W h，最终年均可 达 7 0 亿 k W h，是国家和云南省的重点建 设项目，也是云南西部澜沦江上继漫湾电站 之后的第二个百万千瓦级的大型电站。为了筹集总投资为8 8 7 亿元的建设资 金，云南省在中央的支持下，跨行业引进大 企业资金，按照现代企业制度的要求，于 1 9 9 4 年 l】月组建了由国家开发投资公司、云南红塔集团、云南省开发投资公司和云南 省电力公司 4 家企业为投资方的股份制大朝 山水电有限责任公司，负责建设电站并规范 运作。电站建设前期工程进展顺利，导流洞 已于 1 9 9 6 年 5 月 1 5日建成分流过水，主体 工程招标工作基本结束。第一台机组将于 2 0 0 1 年底建成发电，2 0 0 3 年整个电站建成 发电。届时 这一电站将成为我国第一座建 设和管理合一、电网和发电分离的独立 电 站。专家们认为，这一电站的建成，不仅对 改善 2 0 0 0年后我国西南地区的缺电状况，推动边疆少数民族地区的经济发展意义重 大，而且对深化我国电力建设体制的改革，加快我国的电力开发提供了重要经验。(摘自1 9 9 7年 1 1 月 1 9日 长江开发掇)1 7 维普资讯 http:/